水温传感器主要分为两大类别，各自在车辆运作中扮演着不可或缺的角色。
第一种水温传感器设计相对简洁，它的核心机制在于通过热敏电阻的阻值变化来反映水温的变动。当水温变动时，热敏电阻的阻值会相应改变，进而影响电流大小，从而驱动水温表显示不同的读数，从而间接地告知我们发动机的工作温度。
而第二种水温传感器在结构上则更为复杂，它是以第一种为基础进一步发展的产物。这种传感器的工作方式是通过向发动机控制单元发送一个模拟的温度变化信号（该信号由控制单元提供的5V电源驱动，并以1.3V-3.8V的线性变化形式返回），以便为发动机控制单元提供当前温度的精确数据，从而帮助发动机在不同温度下选择适当的工作模式。这种传感器的功能极为关键：
1. 调整燃油喷射量，特别是在低温环境下增加燃油喷射量。
2. 调整点火提前角，低温时提前点火，高温时为了防止爆燃而推迟点火。
3. 影响怠速控制阀的工作，低温时ECU会根据水温传感器的信号控制怠速控制阀的动作，以提升转速。
等等。
值得注意的是，这两种水温传感器的工作电压是不同的。用于水温表的传感器工作电压为12V，而用于发动机控制单元的传感器则使用5V电压。因此，它们之间不能互换（同时，它们的插头形状也存在差异）。
无论是哪种传感器，其核心测温元件都是热敏电阻，这是一种具有负温度系数的敏感元件。其阻值范围通常在275欧姆至6500欧姆之间，温度越低，阻值越高；温度越高，阻值则越低。
举例来说，热敏电阻式水温表由热敏电阻式水温传感器和双金属片共同构成。其中，热敏电阻负责测量水温信息，而双金属片及其电热丝则作为执行元件，两者串联在一起。水温传感器被安装在冷却水流通的管道中，当水温较低时，热敏电阻的阻值较高，导致电路中电流较小，电阻丝产生的热量较少，双金属片仅发生轻微弯曲，指示针因此指向低温区域。相反，当水温升高时，热敏电阻的阻值降低，电路中的电流增大，电阻丝产生的热量增多，双金属片发生更大的弯曲，从而驱动指示针指向高温区域。